Regulador de voltaje de precisión ajustable TL431

Esta es la pregunta más importante. El TL431 no es un regulador lineal en serie, sino un regulador shunt (o en paralelo). La diferencia es fundamental:

• Un regulador en serie (7805/LM317) se coloca entre la fuente y la carga, actuando como una resistencia variable que disipa el exceso de voltaje como calor para mantener una salida constante.
• Un regulador shunt (TL431) se coloca en paralelo a la carga. Funciona como un «dreno» inteligente de corriente: cuando el voltaje de salida tiende a subir, el TL431 conduce más corriente a tierra para bajarlo y mantenerlo estable.

Por esta razón, el TL431 siempre necesita una resistencia en serie (resistencia de cátodo) entre la fuente de alimentación y él mismo para limitar la corriente total del circuito. Piénsalo más como un «diodo Zener programable y de alta precisión» que como un 7805.

El voltaje de salida se programa mediante un simple divisor de voltaje externo conectado a su pin de referencia. El TL431 ajustará su conductividad para forzar que el voltaje en su pin de referencia sea siempre igual a su voltaje de referencia interno (Vref), que es de 2.495V (comúnmente redondeado a 2.5V).

El circuito básico usa dos resistencias (R1 y R2):

1. R1 se conecta desde la salida (cátodo del TL431) al pin de referencia.
2. R2 se conecta desde el pin de referencia a tierra (ánodo del TL431).

El voltaje de salida (Vout) se calcula con la fórmula: Vout = Vref * (1 + R1/R2). Por ejemplo, si usas R1=R2, obtendrás un voltaje de salida de 5V.

Mirando la cara plana del encapsulado TO-92 con los pines hacia abajo, la distribución de los pines es la siguiente:

• Pin 1 (Izquierda): Referencia (Reference)
• Pin 2 (Centro): Ánodo (Anode) – Generalmente conectado a tierra (GND).
• Pin 3 (Derecha): Cátodo (Cathode) – Es la entrada/salida del regulador.

Siempre es una buena práctica verificar el datasheet del fabricante específico (ej. Texas Instruments, ON Semiconductor) para confirmar el pinout, aunque esta configuración es la más estandarizada.

El TL431 es muy superior a un diodo Zener estándar en casi todos los aspectos técnicos:

• Precisión y Estabilidad: El voltaje de referencia del TL431 tiene una tolerancia inicial mucho más baja (hasta ±0.5%) y es significativamente más estable frente a cambios de temperatura que un diodo Zener típico.
• Programabilidad: Puedes establecer CUALQUIER voltaje de salida entre 2.5V y 36V simplemente eligiendo dos resistencias. Con los Zener, estás limitado a los valores de voltaje fijos en los que se fabrican (ej. 3.3V, 5.1V, 9.1V, etc.).
• Impedancia Dinámica Baja: El TL431 mantiene el voltaje de salida mucho más estable bajo cambios en la corriente de carga. Su capacidad de regulación es drásticamente mejor.

Usa un Zener para una referencia de voltaje simple y no crítica. Usa un TL431 para cualquier aplicación que requiera precisión, estabilidad y un voltaje de referencia personalizado.

La corriente máxima de 100mA es solo una parte de la historia. La limitación real es la disipación de potencia del encapsulado TO-92, que es de aproximadamente 625mW (0.625W) a temperatura ambiente sin disipador.

Debes calcular la potencia que el TL431 disipará en tu circuito con la fórmula: Potencia (P) = Voltaje (V_cat-anodo) * Corriente (I_catodo).

Por ejemplo, si tienes una fuente de 12V y regulas a 5V, el voltaje a través del TL431 será de 5V. Si está conduciendo 100mA (0.1A), la potencia disipada será 5V * 0.1A = 0.5W. Esto está dentro del límite, pero caliente. Si la fuente fuera de 24V, la potencia sería 5V * 0.1A = 0.5W igual (ya que el voltaje en el TL431 es el regulado, no el de la fuente). Sin embargo, si lo usas como comparador con un cátodo conectado a 24V, la disipación sería mucho mayor. Siempre debes asegurarte de que la potencia calculada esté por debajo del límite del encapsulado.

Gracias a su precisión, el TL431 es un bloque de construcción increíblemente versátil en circuitos analógicos. Algunos usos avanzados incluyen:

• Circuito «Crowbar»: Para protección contra sobrevoltaje. Se configura para que, si el voltaje de la fuente supera un umbral, el TL431 se active y provoque un cortocircuito (a través de un tiristor/SCR), quemando un fusible y protegiendo la carga.
• Fuente de Corriente de Precisión: Añadiendo una resistencia de sensado, se puede configurar para mantener un flujo de corriente constante y preciso.
• Comparador de Voltaje de Precisión: Su pin de referencia actúa como una entrada de un comparador con un umbral muy preciso de 2.5V.
• Monitor de Voltaje: Para detectar condiciones de bajo o alto voltaje en una batería y activar una alarma.
• Feedback en Fuentes Conmutadas (SMPS): Es un componente clave en el lazo de realimentación de muchas fuentes de poder de PC y cargadores, donde se usa junto a un optoacoplador para aislar y regular el voltaje de salida.